Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Nejc Škoberne Digitalno krmiljenje in daljinski nadzor stanovanja Diplomsko delo Mentor: izr. prof. dr. Gregor Klančar Ljubljana, 2017
Zahvala V prvi vrsti gre zahvala g. Viliju Kodriču, ki mi je že v samem začetku študija omogočil počitniško delo, v katerem sem prejel ogromno znanja, osnovne elektrotehnike. Vse to mi je bila podlaga za diplomsko nalogo. Poleg tega, me je g. Vili Kodrič spoznal z g. Damjanom Grilom pri katerem sem opravljal obvezno praktično usposabljanje. Zahvaljujem se mu za dano možnost opravljanja prakse pri njegovem podjetju ter, da mi je omogočil nadaljevanje projekta iz praktičnega usposabljanja, da ga nadgradim in uporabim za diplomsko delo. 2
VSEBINA 1 UVOD... 11 2 STRUKTURA DIPLOMSKEGA DELA... 13 3 POTEK DIPLOMSKEGA DELA... 13 3.1 Priprava stanovanja... 13 3.2 Kabliranje, montaža luči, vtičnic, senzorjev... 13 3.3 Priprava elektro omare... 14 3.4 Delo z računalnikom...16 4 OPIS SISTEMA... 17 4.1 Razsvetljava... 17 4.1.1 Izklop luči v celotnem stanovanju...18 4.2 Žaluzije...19 4.3 Ogrevanje... 20 4.4 Kopalnica... 20 5 STROJNA OPREMA... 21 5.1 Tehnični opis krmilja... 21 5.1.1 Krmilnik Cy-Bro2... 21 5.2 Razširitveni moduli... 26 5.3 ZASLON OBČUTLJIV NA DOTIK... 27 5.3.1 Napajalnik za zaslon... 29 5.4 Modul TS-H... 30 6 PROGRAMSKA OPREMA... 31 6.1 Programsko orodje CyPro... 31 6.1.1 Strežnik CyPro OPC... 32 6.1.2 Povezovanje računalnika s krmilnikom... 32 6.1.3 Vrste in tipi spremenljivk... 33 3
6.1.4 Pisanje programa... 33 6.1.5 Zagon programa... 33 6.2 Microsoft Visio Professional... 34 6.3 Easy Builder Pro... 34 6.4 Easy Access 2.0... 37 6.5 Komunikacija... 38 7 PREDSTAVITVENA HIŠICA... 38 8 ZAKLJUČEK... 39 9 VIRI IN LITERATURA... 40 10 PRILOGE... 42 10.1 Enopolna shema razsvetljave... 42 10.2 Enopolna shema vtičnice... 42 10.3 Tloris stanovanja... 43 10.4 Programska koda... 43 10.4.1 Razsvetljava v kuhinji... 43 10.4.2 Branje temperature in vlage, spreminjanje temperature... 44 4
Kazalo slik: Slika 1: Prvotno stanje po dolbljenju.... 14 Slika 2: Stanje po obdelavi sten.... 14 Slika 3: Elektro omara v stanovanju.... 15 Slika 4: Vezalna shema priklopa razširitvenega modula....16 Slika 5: Programska koda razsvetljave z možnostjo zatemnjevanja.... 17 Slika 6: Spalnica....18 Slika 7: Programska koda izklopa vseh luči....19 Slika 8: Vodenje žaluzij...19 Slika 9: Programska koda ogrevanja.... 20 Slika 10:Krmilnik CyBro-2.... 22 Slika 11: Priključitev napajanja na krmilniku.... 22 Slika 12:Cy-Bro serijska vrata COM1 in COM 2.... 22 13: Priključna shema krmilnika CyBro-2.... 23 Slika 14:Razširitveni moduli Bio-24R.... 26 Slika 15: Priključki na plošči občutljivi na dotik.... 28 Slika 16: Priklop PLOŠČE OBČUTLJIVE NA DOTIK v omari.... 29 Slika 17: Priključitev napjalnika.... 29 Slika 18: Pretvornik iz 220VAC v 24DCV.... 30 Slika 19: Senzor temperature in vlage.... 30 Slika 20: Delovno okolje razvojnega paketa CyPro.... 31 Slika 21: Nastavitve CyPro programa za povezavo s krmilnikom.... 32 Slika 22: Delovno okolje programa Microsoft Visio Professional.... 34 Slika 23:Delovno okolje programa Easy Builder Pro.... 35 Slika 24: Nastavitve v programu Easy Builder Pro.... 36 Slika 25: Uvožene spremenljivke iz CyPro programa.... 36 Slika 26: Easy Access 2.0... 37 Slika 27:Prikaz komunikacije... 38 Slika 28: Predstavitvena hišica... 38 5
Kazalo tabel: Tabela 1: Pregled priključkov krmilnika... 23 Tabela 2: Primerjava prve generacije CyBro z drugo generacijo CyBro-2... 26 6
UPORABLJENI SIMBOLI C - enota za temperaturo stopinj celzija W - enota za moč vat VAC ang. Volt Alternating Current VDC - ang. Volt Direct Current mm^2 presek kabla kvadratni milimeter s sekunda ms milisekunda ma miliamper m meter V volt khz- kilo Herc kbps ang. kilobyte per second 7
SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC IN POJMOV RTC ang. Real Time Clock CAN ang. Controller Area Network I/O ang. Input/Output EEPROM ang. Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory COM ang. Communication PC ang. Personal Computer OPC ang. Open Platform Communications LED ang. Light Emitting Diode HMI ang. Human Machine Interface PLC ang. Programmable Logic Controller IL ang. Instruction List ST ang. Structured Text VCP ang. Virtual COM port GND ang. Ground HSC ang. High Speed Counter IW ang. Input Word QW ang. Output word RH ang. Relative Humidity CVS ang. Comma-separated Values SSL ang. Secure Sockets Layer 8
Povzetek V diplomski nalogi je opisana izvedba digitalnega krmiljenja in nadzor stanovanja. V ta namen smo uporabili obstoječo opremo, ki je prilagojena opremi za operacijske sobe. Oprema sestoji iz programirljivih logičnih krmilnikov Cy-Bro, zaslonov na dotik in električne omare. Glavni cilj projekta in diplomskega dela je bila nadgradnja klasičnega stanovanja iz leta 1965 v digitalno krmiljeno stanovanje z daljinskim nadzorom. Zunanja podoba stanovanja ostaja enaka kot pred tem, prav tako pa tudi v notranjosti do kakšnih drastičnih sprememb ni prišlo. Seveda se bodo navadne luči nadomestile z LED paneli, posodobila se bodo stikala za prižiganje luči s sodobnejšimi stikali, ki pa niso pametna, zamenjala se bo elektro omara, ne želim pa popolne prenove stanovanja, saj želim notranjost ohraniti podobno stanovanjem z navadno inštalacijo. Tako se ohrani možnost prodaje stanovanja tudi kupcem, ki si ne želijo pametnega stanovanja. Sistem tako omogoča krmiljenje in nadzor razsvetljave, vlage, senčenja in ogrevanja. Opisane so posamezne funkcije sistema ter njihova izvedba. Ključne besede: Cy-Bro, digitalno krmiljeno stanovanje, daljinski nadzor 9
Abstract The thesis describes the implementation of digital controls and monitoring for an apartment. For this purpose, we used existing equipment, adapted to the equipment for operating rooms. The equipment consists of Cy-Bro programmable logical controllers, touch screens, and an electric cabinet. The main objective of the thesis was upgrading a classic apartment from 1965, turn it into a digitally controlled apartment with remote monitoring. The apartment s interior looks the same as before, and there were not many significant changes done to the interior either. Naturally regular lighting will be replaced with LED panels, the light switches will be upgraded to modern switches, but not smart switches, and the electric cabinet will be replaced. Still, I am not aiming for a complete renovation, as I want the interior to remain the same, with regular wiring, so that the apartment can be sold in the future to any prospective buyer, whether they want a smart apartment or not. The system allows for controlling and monitoring of lighting, humidity, shades and heating. Individual features of the system and their implementation are described in detail. Key words: Cy-Bro, digital controlled, remote control 10
1 UVOD Če pogledamo razvoj avtomobilov in telefonov, ki so bili prvotno namenjeni le vožnji in pogovoru, jih je hitrost razvoja tehnologije dvignila na zelo visoko tehnološko raven. Prav tako se je zgodilo pri hišah, katerih je bila osnovna naloga zavetje pred vplivi žive in nežive narave. Nato je zagotavljanje vedno večjega udobja in dostopa do informacij zunanjega sveta pripeljalo do pametnih hiš. Je pa smiselno na pametne hiše gledati v širši luči. Potrebno je upoštevati stališče okolja, investicije, vzdrževanja, koristi, potrebnosti, strokovnosti in še marsičesa drugega. Možnosti nadgradnje pametnih hiš ali, kot jim tudi pravimo, pametnih domov, digitalnih domov ali pa inteligentnih hiš, je ogromno. Edina omejitev pri nadgradnjah je domišljija. To pomeni, da je možno avtomatizirati dobesedno vse, vprašanje je le, kakšen je končni strošek in kakšno korist imamo. Torej osnovni namen pametnih hiš je ta, da lajša življenje, poveča udobje in varnost ter varčuje z energijo. Razlika med pametno in klasično inštalacijo je v načinu delovanja. Pri klasični inštalaciji uporabljamo stikala za samo en namen in upravljamo samo preko njih, medtem ko je pri pametni inštalaciji možno stikalo programsko spremeniti in uporabiti tudi v druge namene. Spodaj je predstavljenih nekaj prednosti in slabosti v primerjavi klasične in pametne inštalacije. Klasična inštalacija: - prednosti: o cena, o vsi elektroinštalaterji vešči z njo, o enostavna za uporabo; - slabosti: o onemogočeno upravljanje na daljavo, o kabli so ves čas pod napetostjo, o ni možne nadgradnje brez fizičnega posega. 11
Pametna inštalacija: - prednosti: o prihranki pri energiji, saj so senzorji natančnejši kot človeška čutila, o ustvarimo si bivalne razmere, kot želimo (toplota, čist zrak, odstotek vlage), o varnost, o možna nadgradnja brez fizičnega posega, o upravljanje na daljavo, o varčnost; - slabosti: o prvotna cena, o ni pisana vsakomur na kožo. 12
2 STRUKTURA DIPLOMSKEGA DELA Diplomsko delo je razdeljeno na več poglavij. Uvod je zapisan v prvem poglavju, v katerem je predstavljen namen pametne hiše in razlika med klasično in pametno inštalacijo, v naslednjem je opisan potek izdelave projekta in nazadnje tehnični opis krmilja. V preostalih poglavjih so opisani ostali uporabljeni elementi ter komponente v električni omari in v stanovanju. Za boljšo in lažje delo je bila izdelana tudi maketa stanovanja. 3 POTEK DIPLOMSKEGA DELA V nadaljevanju bom podal osnovne korake, ki sem jih izvedel pri prenovi stanovanja in njegovi nadgradnji s pametno inštalacijo. 3.1 Priprava stanovanja Vse skupaj se je začelo s čiščenjem stare krame iz stanovanja. Po končanem čiščenju sva si skupaj z mentorjem zamislila razpored in število vtičnic, stikal, pozicije luči, mesto za vgradnjo omare in to zarisala na stene oz. strop. Tako sem lahko pričel z meni osebno najmanj ljubim delom diplomskega projekta, to je dolbljenjem. 3.2 Kabliranje, montaža luči, vtičnic, senzorjev Po končani fazi pripravljanja stanovanja se je začela faza polaganja kablov v izdolbljene kanale. Porabil sem približno 750 m kabla. Nato je prišlo podjetje, ki se ukvarja z montažo mavčnih plošč (knauf). Njihova naloga je bila obdelati stene in strope, kot je razvidno na slikah 1 in 2, ter narediti izreze za vgradnjo luči in doz. 13
Slika 1: Prvotno stanje po dolbljenju. Slika 2: Stanje po obdelavi sten. Ko so mojstri končali svoje delo, je bilo treba v stene vstaviti doze, kable skrajšati na primerno dolžino in na njih napisati oznako kabla zaradi lažjega priklopa le-teh v elektro omari. 3.3 Priprava elektro omare Ko je bilo umazano delo končno zaključeno, sem se lotil sestavljanja omare. Najprej sem v njo privijačil letvice, na katere se pritrdijo vsi elementi. Nato sem vstavil elemente, ki jih je bilo treba razporediti zelo premišljeno, saj v omari ni bilo prostora na pretek. Omara je poleg klasičnih elementov, kot so avtomatske varovalke, varnostno stikalo na diferenčni tok (FID), vsebovala še elemente, ki so del pametne inštalacije. Le-ti so bili: krmilnik CyBro 2, releji, razširitveni modul ter uporabniški vmesnik z zaslonom na dotik. Podroben spisek komponent omare je podan v nadaljevanju ter prikazan na sliki 4. 14
Dimenzije električne omare: širina: 625 mm, višina: 625 mm, globina: 150 mm. Slika 3: Elektro omara v stanovanju. Sestavljena je iz naslednjih elementov: znotraj omare: o sponke 10mm^2, o sponke 4mm^2, o varovalke B10, o varovavlke B16, o FID stikalo o releji, o pretvornik iz 230VAC v 24VDC, o krmilnik Cy-Bro 2, o razširitveni modul Bio; 15
na vratih omare: o plošča občutljiva na dotik, o domofon, o prikaz ure. 3.4 Delo z računalnikom V tej fazi je nastopilo delo z računalnikom. Skupaj z mentorjem sem v programu Microsoft Office Visio izrisal vezalne sheme, tako da je bilo nato vezanje omare zelo preprosto in seveda tudi hitrejše. Ko sem zvezal omaro, se je začelo pisanje programa v programskem orodju CyPro in Easy Builder Pro. Slika 4: Vezalna shema priklopa razširitvenega modula. 16
4 OPIS SISTEMA Pri zasnovi sistema sem se osredotočil predvsem na razsvetljavo, senčenje z žaluzijami, ogrevanje ter nadzor kopalnice, ki vsebuje več podsistemov (talno gretje, pripravo sanitarne vode in nadzor vlage). V nadaljevanju so podani njihovi opisi. 4.1 Razsvetljava Odločil sem se, da bom v stanovanje dal dve vrsti luči. Navadne luči, ki jih lahko samo prižigamo in ugašamo, ter luči, ki jim lahko po želji nastavljamo intenzivnost delovanja. Obstaja več možnosti vklapljanja luči, in sicer preko navadnega ali zatemnilnega stikala, zaslona občutljivega na dotik na elektro omari v predprostoru in pa preko pametnega telefona ali tablice. Spodaj na sliki je predstavljen primer programa za prižiganje luči v spalnici. Gre za preprosto prižiganje luči po želji uporabnika z možnostjo zatemnjevanja. Slika 5: Programska koda razsvetljave z možnostjo zatemnjevanja. Del programa, ki je označen z zeleno barvo, je napisan zgolj za navadno prižiganje, ostalo pa pripada prižiganju luči z možnostjo zatemnjevanja. 17
V programu sem poleg klasičnega IF stavka uporabil še funkcijo fp in časovnik. Namen funkcije fp je postaviti izhod na 1 v primeru, če je odkrit nizek ali visok prehod, sicer ostane 0. Za pravilno delovanje zatemnjevanja luči sem bil primoran uporabiti časovnik. Naredil sem dve novi spremenljivki Timer_Short1 in Timer_Long1. Spremenljivka Timer_Short1 je bila prednastavljena na 100 ms za prižig luči preko tipke. Timer_Long1 pa je bila prednastavljena na 1 s za zatemnjevanje luči. Spreminjanje svetlosti luči je torej odvisno od spremenljivke Timer_Long1 in Button_W1_Down/ Button_W1_Up. Prikaz vzorčnega zaslona za krmiljenje razsvetljave ter ostalih stvari je prikazan na sliki 6. Slika 6: Spalnica. 4.1.1 Izklop luči v celotnem stanovanju Namen izklopa vseh luči v stanovanju je, da enostavno z enim pritiskom ugasnemo vse luči pred spanjem ali pa pred odhodom iz hiše. S tem se izognemo neljubim dogodkom, kot so pozabljene prižgane luči v več prostorih. Slika 7 ponazarja programsko kodo za izklop vseh luči v predstavitveni hišici (glej poglavje 6), kjer je potrebno tipko za izklop vseh luči zadržati tri sekunde. 18
Slika 7: Programska koda izklopa vseh luči. 4.2 Žaluzije Senčila so zelo pomembna pri vzdrževanju toplote, saj lahko preprečijo dodatne izgube toplotne energije pozimi in povečanje temperature v stanovanju poleti. V stanovanju, ki ga predstavljam v diplomi, se je stranka odločila samo za navadno krmiljenje senčil, in sicer odpiranje in zapiranje le-teh po lastni želji. Slika 8: Vodenje žaluzij Lahko pa bi vse skupaj malce zakomplicirali in bi v krmilje senčil dodali tipalo temperature in tipalo osvetljenosti. Pozimi, ko bi bila temperatura zelo nizka in osvetljenost pod ali nad določeno mejo, bi se senčila preprosto spustila in tako preprečila dodatne izgube toplote v stanovanju ter privarčevala na kurjavi. Poleti pa bi znižali stroške klime s tem, da bi se senčila spustila pri določeni temperaturi in tako preprečila vdor zunanje toplote v stanovanje. 19
4.3 Ogrevanje Ker se to stanovanje nahaja v bloku, glede ogrevanja nisem mogel kaj dosti storiti. Sem se pa zato odločil, da v kopalnico namestim električno talno ogrevanje. V tla sem vstavil senzor za merjenje temperature ter namesto termostata v kopalnici omogočil spreminjanje temperature preko krmilnika. Na sliki 9 je razvidna programska koda, ki je namenjena talnemu ogrevanju. Slika 9: Programska koda ogrevanja. 4.4 Kopalnica Podrobneje bom predstavil kopalnico, saj je v njej uporabljenih več sistemov, ki jih vodimo ali krmilimo. Poleg razsvetljave v kopalnici spremljamo in nastavljamo temperaturo v notranjosti kopalnice, temperaturo tal preko električnega talnega gretja in senzorja v podu ter temperaturo vode v rezervoarju. Dodatno pa spremljamo še vlago. Za odčitavanje vlage in sobne temperature sem uporabil TS-H modul podjetja Cybrotech. Z njim lahko oboje odčitavamo digitalno in ga preprosto priključimo na razširitveni modul v priključek, ki je pripravljen za priključitev dodatnega razširitvenega modula s kablom zaključenim na RJ9 konektorju. 20
5 STROJNA OPREMA 5.1 Tehnični opis krmilja 5.1.1 Krmilnik Cy-Bro2 CyBro-2 je napreden programabilni logični krmilnik, ki obstaja v verziji za 220 VAC in 24 VDC napajanje. Poleg vrat Ethernet, ki so prvenstveno namenjena za programiranje in povezovanje več CyBrov v mrežo, ima še prostoprogramabilna vrata COM1 in COM2, ki so namenjena povezovanju z napravami, ki se povezujejo z RS232 vmesnikom. CyBro-2 lahko poljubno razširimo z vsemi standardnimi vhodno-izhodnimi enotami, kot so: digitalni vhodi in izhodi, analogni vhodi in izhodi 0..10V ter (0)4..20mA, HSC, RTC in drugi. Razširitvene enote se na CyBro priključijo preko vodila IEX2, ki temelji na vodilu CAN. (povzeto po [Navodila za uporabo, str. 6]). CyBro-2 vsebuje IEX-2 baziran na CAN-u: - večja hitrost modulov I/O (20ms -> 1-2ms), večja dolžina bus-a ( 5m -> 25m), večje število razširitev (16 -> 64), ethernet priključek : - večja hitrost komunikacije, pristop preko lokalne mreže pomnilnik flash (128K -> 512K), trajni pomnilnik (EEPROM 4K), več digitalnih vhodov / izhodov, več analognih vhodov / izhodov, boljše rešitev pri napajanju razširitvenih modulov kot pri Cy-Bro-1. Osnovna enota Cy-Bro-2 (slika 10) vsebuje 10 digitalnih vhodov 24VDC, 8 relejnih izhodov, 4 analogne vhode 0-10VDC ali 0-20 ma, 1 analogni izhod 0-10 VDC, napajanje 24 VDC ali 230V, močnejši napajalnik, nizek čas dostopa, velik programski in trajen podatkovni spomin, večje število razširitvenih modulov, dva prosta priključka za vgradnjo razširitvenih modulov in operacijskega panela OP1, COM1 za povezavo na osebni računalnik, s katerim krmilnik programiramo ali na vhoda SCADO in A bus, preko katerih lahko krmilnike CyBro povežemo med seboj v mrežo. 21
Slika 10:Krmilnik CyBro-2. Slika 11: Priključitev napajanja na krmilniku. Slika 12:Cy-Bro serijska vrata COM1 in COM 2. Krmilnik vsebuje dve komunikacijski vati: 22
COM1 so vrata za povezavo na osebni računalnik, programiranje, on-line monitor, nadzor in upravljanje procesa preko sistema SCADA (strežnik OPC). COM2 uporablja se za povezave na druge naprave s serijsko komunikacijo (npr. tehtnica, tiskalnik, modem, operaterski panel ali modem GSM). 13: Priključna shema krmilnika CyBro-2. Podrobnejši spisek in opis priključnih sponk krmilnika podaja tabela 1. Tabela 1: Pregled priključkov krmilnika. Številka priključka Ime priključka Opis 1 L 230~ (+24V=) ''Faza'' Napajanje 230V ~ (Napajanje 24V=) 2 N 230~ (+24V=) ''Nula' 'Napajanje 230V ~ (Napajanje 24V=) 3 - Ni priključen 4 C0 Skupni priključek za QX0-QX4 5 QX0 Digitalni izhod 0 6 QX1 Digitalni izhod 1 7 QX2 Digitalni izhod 2 8 QX3 Digitalni izhod 3 9 QX4 Digitalni izhod 4 23
Številka priključka Ime priključka Opis 10 C1 Skupni priključek za QX5-QX7 11 QX5 Digitalni izhod 5 12 QX6 Digitalni izhod 6 13 QX7 Digitalni izhod 7 14 - Ni priključen 15 QW0 Analogni izhod 0 16 IW0 Analogni vhod 0 17 IW1 Analogni vhod 1 18 C2 Analogni skupni priključek 19 +24V Napajanje vhodov 20 0V Napajanje vhodov 21 C3 Skupni priključek za IX0-IX7 22 IX0 Digitalni vhod 0 23 IX1 Digitalni vhod 1 24 IX2 Digitalni vhod 2 25 IX3 Digitalni vhod 3 26 IX4 Digitalni vhod 4 27 IX5 Digitalni vhod 5 28 IX6 Digitalni vhod 6 29 IX7 Digitalni vhod 7 30 C4 Skupni priključek za IX8A-Z 31 IX8A Digitalni vhod 8 / HSC A 32 IX9B Digitalni vhod 9 / HSC B 33 Z HSC 7 34 C2 Analogni skupni priključek 35 IW2 Analogni vhod 2 36 IW3 Analogni vhod 3 24
IX 24VDC tipično 7mA QX relejski izhodi, maks. 250V~/3A, 30V=/3A IW analogni vhodi 0..10V ali 0(4)..20Ma, nastavljivo s stikali dip QW analogni izhodi 0..10V, maks. 10mA HSC hitro števni vhod maks. 10kHz Kontrolne lučke na čelni plošči signalizirajo delovanje in stanje vhodov / izhodov in komunikacijskih vmesnikov: Sistem LED: o PWR: gori ugasnjena utripa napajanje v redu, ni napajanja, strojna napaka; o RUN: gori ugasnjena utripa (1Hz) hitro utripa (5Hz) program v PLK se izvaja, program v PLK je zaustavljen, programska napaka, napaka programskega jedra. Ostale LED prikazujejo stanje vhodov / izhodov oziroma sprejema / oddaja podatke. 25
CyBro-2 ima glede na predhodno verzijo CyBro-1 številne izboljšave, kot ponazarja tabela 2. Tabela 2: Primerjava prve generacije CyBro z drugo generacijo CyBro-2 CyBro-2 CyBro vodilo za razširitve IEX-2 (CAN) IEX št. I/O razšir. modulov 64 16 čas dostopa 1 ms 20 ms dolžina vodila maks. 25 m 5 m programski spomin 512 kb 128 kb trajen podatkovni spomin 4kB - 5.2 Razširitveni moduli Razširitveni moduli se na CyBro-2 priključujejo preko vodila IEX-2, ki temelji na vodilu CAN. Uporablja 4 žično povezavo: +24V, CANH, CANL in GND. Moduli za CyBro-2 so kompatibilni z moduli Integra-BM, le da moramo uporabiti modul BE ali BA, ki se na vodilo CyBro-2 IEX- 2 priključi preko konektorja RJ11, module IntegraBM pa se nanj priključi preko priključnih sponk. Slika 14:Razširitveni moduli Bio-24R. 26
Tehnična specifikacija vodila IEX-2: maksimalna dolžina: 300 m, dovoljeno število naprav: 64, hitrost vodila: napajanje: 100 kbps (20..500 kbps), 24 V= (18..26 V=). Nekateri razširitveni moduli imajo LED za prikaz stanja vodila IEX-2: PWR: o gori o kratek utrip na 5 s o enakomerno utripa o ugasnjena napajanje v redu, napajanje v redu, ni komunikacije, okvara modula, ni napajanja; IEX-2: o kratko utripa o gori o ugasnjena komunikacija v redu, ni komunikacije, ni komunikacije. 5.3 ZASLON OBČUTLJIV NA DOTIK Z mentorjem sva se odločila, da uporabiva zaslon na dotik podjetja Weintek. Gre za vodilnega azijskega proizvajalca zaslonov na dotik in obenem za uveljavljenega proizvajalca v evropskem merilu. Njihove glavne prednosti z ostalo konkurenco so: odlične zmogljivosti v kombinaciji z več kot 200 gonilniki za različne uveljavljene proizvajalce PLK-jev (programirljiv logični krmilnik). Ravno ti omogočajo enostavno komunikacijo in uporabo v kombinaciji s katerim koli PLK-jem, ki se uporablja na slovenskem tržišču. Gre za izjemno zmogljive plošče na dotik z visoko kontrastnimi zasloni TFT LCD, z vrhunsko jasnostjo slike, širokim vidnim kotom in robustnim ohišjem. Zasloni so veliki 15 inčev in so širokozaslonskega (16:9) formata. Na omrežja PLC so povezani s pomočjo 100 vgrajenih 27
gonilnikov preko serijskih RS232/422/485 in Etherent vrat, programi pa se prenašajo preko vrat Ethernet ali USB. Uporabil sem ploščo občutljivo na dotik Weintek MT8090XE s sledečimi karakteristikami: zaslon: 9.7'' TFT LCD, ločljivost: 1024x768, kontrast: 500:1, spomin: 512 Mb Flash / 256Mb RAM, procesor: 32 bit RISC Cortex 1 GHz, napajanje: 24 VDC, stopnja zaščite do IP65, temperatura okolice od -20 C do 60 C, notifikacija alarma prek e-pošte, material: plastika, dimenzije: 260.6 x 203.1 x 36.5mm teža: 0.85 kg. Slika 15: Priključki na plošči občutljivi na dotik. Priključki na plošči občutljivi na dotik: 1. napajalni priključek, 2. COM2 RS-485 2W/4W, 3. COM1 RS-232, 4. USB Host Port, 5. Ethernet Port. 28
Slika 16: Priklop PLOŠČE OBČUTLJIVE NA DOTIK v omari. 5.3.1 Napajalnik za zaslon Za napajanje zaslona in krmilnika sem uporabil napajalnik MEAN WELL (slika 19). To so industrijski napajalniki, ki jih odlikuje ugodna cena, visoka kakovost in zanesljivost. Vezalno shemo prikazuje slika 18. Slika 17: Priključitev napjalnika. 29
Slika 18: Pretvornik iz 220VAC v 24DCV. 5.4 Modul TS-H Za odčitavanje temperature in vlage sem uporabil modul TS-H podjetja Cybrotech. Uporablja se lahko za zunanjo in notranjo uporabo. Teža: 100 g. Dimenzije: 71x71x27 mm. Napajanje: 24V. Stopnja zaščite: IP20. Razpon vlage: 0..100% rh, brez kondenzacije. Razpon temperature: 0 C..50 C. Slika 19: Senzor temperature in vlage. 30
6 PROGRAMSKA OPREMA V nadaljevanju opišem uporabljeno strojno opremo pri projektu: CyPro, Microsoft office Visio, EasyBuilder Pro, Easy Access 2.0. 6.1 Programsko orodje CyPro Je v skladu s standardom IEC61131-1, je brezplačno, omogoča hitro in preprosto namestitev, saj je zadnja verzija vedno na voljo na internetu (slika 21). Programiranje poteka v jeziku IL in ST. Omogoča projektno drevo, urejevalnik, prevajalnik, on-line zaslon, listo spremenljivk, mask editor za konfiguracijo OP. OP je vhodno izhodna razširitvena enota krmilnika. Če jo želimo uporabiti v programu, ga moramo vnesti v strojno konfiguracijo krmilnika. Slika 20: Delovno okolje razvojnega paketa CyPro. 31
6.1.1 Strežnik CyPro OPC Strežnik, ki omogoča odjemalcem OPC komunikacijo s katerim koli VCP-jem (VCP je splošno ime za skupino krmilnikov z različnimi končnimi izdelki). Povezati je mogoče več odjemalcev OPC hkrati in istočasno se lahko uporablja več kot ena vrata. Konfiguracija se lahko naloži in shrani za poznejšo uporabo, spremeni se lahko ime spremenljivke in odvečne spremenljivke se lahko skrijejo od odjemalca OPC. 6.1.2 Povezovanje računalnika s krmilnikom Ko zaženemo CyPro, naprej preko vrat COM1 krmilnik povežemo na prosta komunikacijska vrata osebnega računalnika (PC) s kablom za programiranje. Kot naslov za vse operacije med računalnikom in povezanim krmilnikom se uporablja serijska številka NAD, ki jo ima vsak CyBro posebej. Vnesti jo je treba le pri prvi takšni operaciji. Prepišemo jo z nalepke na stranici krmilnikovega ohišja. NAD lahko uporabimo tudi kot naslov za komunikacijo med vsemi krmilniki, ki so povezani v mrežo s priključkom A-bus. Prednost tega je, da lahko v mrežo povežemo do 64 krmilnikov in to do razdalje celo 1200 m. Tako se lahko povežemo na katerikoli krmilnik, ne da bi se morali fizično seliti po mreži. Slika 21: Nastavitve CyPro programa za povezavo s krmilnikom. 32
Pred prvim pisanjem programa je potreben opis strojne konfiguracije krmilnika, za katerega bomo pisali program. S tem namreč določimo število in tip obstoječih vhodov in izhodov, njim pa CyPro samodejno dodeli ustrezne vhodne in izhodne spremenljivke. Za konfiguracijo krmilnika najlažje poskrbi CyPro kar sam. Poleg samodejno prepoznanih komponent lahko sami konfiguracijo razširimo za kakšno razširitveno enoto IEX. Pravilo je, da lahko pri pisanju programa uporabljamo zgolj dodeljene vhodne in izhodne spremenljivke. Torej tiste, ki se nahajajo v konfiguraciji krmilnika. To pomeni, da ne moremo programirati vhodov in izhodov, ki jih ni v konfiguraciji krmilnika. 6.1.3 Vrste in tipi spremenljivk Za pisanje programa uporabljamo več vrst spremenljivk, in sicer vhodne in izhodne v grupi I/O Variables, interne v grupi Internal Variables in uporabniške v grupi User Variables. Poleg spremenljivk lahko v programu uporabljamo tudi konstante. 6.1.4 Pisanje programa Inštrukcijska lista in strukturirano besedilo sta jezika iz standarta IEC 61131-3, ki sta nam na razpolago za pisanje programa. Prvi je nižji programski jezik podoben Assemblerju, drugi pa je višji programski jezik s sintakso podobno kot Pascal, vendar je posebej namenjen za programiranje industrijskih krmilnikov, zato ga tudi najpogosteje uporabljamo. Je niz priredilnih, pogojnih in iterativnih programskih stavkov, ki določajo, kako naj krmilnik v delovanju spremenljivkam izračunava vrednost. 6.1.5 Zagon programa Ko končamo s pisanjem programa, je treba naložiti program v krmilnik. To naredimo preprosto s pritiskom tipke Send v orodni vrstici. CyPro pred prenosom programa preveri njegovo sintaktično pravilnost in, če prevajalnik ne najde nobene napake, ga prenese v CyBro. Dogajanje v krmilniku lahko spremljamo tudi preko zaslona, ki nam omogoča nadzor vrednosti spremenljivk med delom krmilnika. V orodni vrstici izberemo zaslon in nato s klikom na tipko Add vnesemo v zaslon spremenljivke, ki jih želimo opazovati. 33
Identični verziji programa v osebnem računalniku in krmilniku sta pogoj za pravilno delovanje zaslona. Zato CyBro ob zagonu zaslona ustavi krmilnik in vanj prenese program iz osebnega računalnika. 6.2 Microsoft Visio Professional Microsofot Visio (slika 23) je na voljo v dveh različicah Microsoft Visio Standard in Microsoft Visio Professional. Sam sem se odločil za Professional, saj vsebuje dodatne predloge za naprednejše diagrame, postavitve ter boljšo zmogljivost, ki uporabnikom omogoča preprosto povezavo svojih podatkov z viri podatkov in grafičnim prikazovanjem njihovih podatkov. Slika 22: Delovno okolje programa Microsoft Visio Professional. 6.3 Easy Builder Pro Programska oprema Easy Builder (slika 24) za konfiguracijo Weintek omogoča, da enostavno in hitro ustvarimo projekt s funkcionalnimi elementi. Prav tako omogoča: 34
o zadostno in varno shranjevanje podatkov o receptih, da zagotovi, da so ti podatki v vseh okoliščinah nedotaknjeni in varni, o večjezično okolje hkrati podpira osem različnih jezikov, o izboljšano upravljanje računa omogoča vsakemu objektu ali funkciji določiti varnostni razred, o dnevnik delovanja beleži vsako operacijo in shrani v datoteke CSV, da bi sledil spremembam. Slika 23:Delovno okolje programa Easy Builder Pro. Največ težav mi je povzročalo povezovanje programa Easy Builder Pro s programom CyPro. Imel sem težavi pri branju spremenljivk iz programa CyPro. Da bi jih lahko uporabil v tem programu, je bilo potrebno ogromno nastavitev v obeh navedenih programih. 35
Slika 24: Nastavitve v programu Easy Builder Pro. Za pravilno uvažanje spremenljivk iz programa CyPro jih je bilo potrebno najprej pravilno shraniti v programu CyPro. In sicer so bile najprej shranjene v CVS dokument in ta nato spremenjen v Excel datoteko. Šele nato jih je bilo mogoče uvoziti, ampak le pod pogojem, da so bili vsi parametri pravilno nastavljeni v obeh programih. Slika 25: Uvožene spremenljivke iz CyPro programa. 36
6.4 Easy Access 2.0 Je program, ki omogoča enostavno povezovanje in nadzor oddaljenega HMI. Vsako nenormalno stanje HMI je mogoče nemudoma diagnosticirati. Poleg tega aplikacija Easy Access 2.0 (slika 27) in njen sistem spletnega upravljanja nudita varen komunikacijski mehanizem 128-bitni SSL standard, ki se običajno uporablja za spletno bančništvo. Ta šifrirani mehanizem ščiti podatke in zagotavlja zanesljivost njihovega prenosa. Easy Access 2.0 uporablja VPN, ki vzpostavlja navidezni zasebni predor na javnem internetu za varen dostop do notranjega omrežja. o SSL 128-bitni šifriran tunel. o Podpira platforme PC / Panel PC / Android / Tablični računalnik. o Podpira funkcijo posrednika. o Podpira aplikacije Pass-through, VNC in cmt Viewer. Slika 26: Easy Access 2.0. 37
6.5 Komunikacija Serijska komunikacija RS232 se uporablja za prenos podatkov med HMI in PLC napravo preko vrat COM1, kot prikazuje slika 28. Za komunikacijo programa Cy-Pro na računalniku in napravo PLC sem uporabljal ethernet kabel. Program Cy-Pro je moral poznati omrežni naslov, ki je šestmestna številka napisana na krmilniku. Slika 27:Prikaz komunikacije. 7 PREDSTAVITVENA HIŠICA Predstavitvena hišica je pomanjšana oblika stanovanja, ki je bil dejanski projekt, ki ga opisuje diplomsko delo. Maketo sem izdelal predvsem z namenom lažje in boljše predstavitve in pa seveda tudi zato, da bi si lahko ostali (na zagovoru ali stranka) lažje predstavljali, kako je moje delo potekalo. Uporabil sem krmilnik CyBro, razširitveno enoto, pretvornik iz 220 AC v 24DC, zaslon občutljiv na dotik MT8070iER in senzor za temperaturo ter vlago. Za prikaz delovanja luči sem uporabil tri LED diode. Vezal sem jih zaporedno skupaj z uporom 1kOhm. Slika 29 prikazuje elektro omaro hišice v začetku nastajanja in njen končni izgled. Slika 28: Predstavitvena hišica 38
8 ZAKLJUČEK Cilj diplomske naloge je bil preobrazba stanovanja z navadno elektro inštalacijo v digitalno krmiljeno pametno stanovanje. Z videzom in delovanjem projekta sem zadovoljen, saj deluje, kot sem načrtoval. Delovanje in funkcije hiše je mogoče spremeniti ali dograditi, saj gre za hišo, kjer je končni videz odvisen od vsakega posameznika posebej, saj ima vsak svoje želje in pa tudi različna razpoložljiva finančna sredstva. Zaenkrat sistem omogoča upravljanje luči, spreminjanje temperature, branje temperature znotraj in zunaj stanovanja, branje temperature v rezervoarju sanitarne vode, sledenje vlage v kopalnici, upravljanje vsega naštetega preko tablice ali zaslona na dotik, nameščenega na elektro omari. Kljub nekaj težavam mi je zastavljeni cilj diplomske naloge uspelo realizirati. Res je, da sem temu namenil veliko ur in mi je včasih predstavljalo že zelo konkreten izziv, vendar sedaj vem, kako te težave naslednjič rešiti v krajšem času. 39
9 VIRI IN LITERATURA [1] Pametna hiša. Pridobljeno 25. 8. 2017, s http://www.ps-promis.si/sl/pametne-hise [2] Krmilnik Cybro. Pridobljeno 25.8.2017, s http://www.robotina.si/komponente/krmilniki/cybrotech/ [3] Razvoj in aplikacija sodobnih krmilnih sistemov Cybro. Pridobljeno 26. 8. 2017, s http://www.aig.si/05/zbornik/pa7_sarlah_razvoj_in_aplikacija.pdf [4] Nadzor in vodenje Cybro. 26. 8. 2017, s http://www.aig.si/05/zbornik/pa7_sarlah_razvoj_in_aplikacija.pdf [5] CyBro razširitev: Bi-24. Pridobljeno 29. 8. 2017, s http://www.robotina.si/2011/10/nova-cybro-razsiritev-bi-24/ [6] Touch panel Weintek MT8090XE. Pridobljeno 30. 8. 2017, s http://www.weintek.com/download/mt8000xe/eng/datasheet/mt8090xe1_datashee t_eng.pdf [7] Cypro program. Pridobljeno 30. 8. 2017, s http://lab.fs.uni-lj.si/lasim/studenti/kmal/cypro%20manual%20v201.pdf [8] DRAKSLER, Dušan. 2002. Šola programiranja krmilnika CyBro. AVTOMATIKA, 2002, letnik 4, št. 26, str. 23-30. ISSN 1580-0830 [9] PALČIČ, Devid. 2001. CYBRO in INTEGRA BM. AVTOMATIKA, 2001, letnik 3, št. 12, str. 33-38. ISSN 1580-0830 [10] BUČAR, Janez. 2001. CYBRO: mali krmilnik z velikim srcem. AVTOMATIKA, 2001, letnik 3, št. 14, str. 39-43. ISSN 1580-0830 40
[11] Microsoft Visio Professional. Pridobljeno 3. 9. 2017, s https://en.wikipedia.org/wiki/microsoft_visio [12] Easy Builder Pro. Pridobljeno 5. 9. 2017, s http://www.weintek.com/globalw/software/easybuilderpro.aspx [13] Easy Access 2.0. Pridobljeno 5. 9. 2017, s https://www.weintek.com/globalw/software/easyaccess.aspx [14] TS-H modul, senzor temperature in vlage. Pridobljeno 20. 9. 2017, s http://www.cybrotech.com/product/ts-h/ [15] Industrijski krmilniki CyBro-2. Pridobljeno 20.9.2017, s http://www.celzija.si/industrijski-krmilniki-podjetja-cybrotech/ 41
10 PRILOGE Priloga vsebuje prikaze enopolnih shem razsvetljave in vtičnic. Nadalje je prikazan tloris stanovanja ter del programske kode. 10.1 Enopolna shema razsvetljave 10.2 Enopolna shema vtičnice 42
10.3 Tloris stanovanja 10.4 Programska koda 10.4.1 Razsvetljava v kuhinji if fp(tipkakuh1) then RELEKUH1:=!RELEKUH1; end_if; if fp(tipkakuh2) then RELEKUH2:=!RELEKUH2; end_if; if fp(tipkakuh3) then RELEKUH3:=!RELEKUH3; end_if; 43
if fp(tipkakuh4) then RELEKUH4:=!RELEKUH4; end_if; 10.4.2 Branje temperature in vlage, spreminjanje temperature if fp(button_settemp_up) then Voltage_Set_temp:= Voltage_Set_temp+1; end_if; if Voltage_Set_temp>10 then Voltage_Set_temp:=10; end_if; if fp(button_settemp_down) then Voltage_Set_temp:= Voltage_Set_temp-1; end_if; if Voltage_Set_temp<=0 then Voltage_Set_temp:=0; end_if; case Voltage_Set_temp of 0: cybro_qw00:=0; 1: cybro_qw00:=25; 2: cybro_qw00:=51; 44
3: cybro_qw00:=76; 4: cybro_qw00:=102; 5: cybro_qw00:=127; 6: cybro_qw00:=153; 7: cybro_qw00:=180; 8: cybro_qw00:=205; 9: cybro_qw00:=230; 10: cybro_qw00:=255; end_case; Set_temp:= 100*cybro_qw00/255; Temp:= 100*cybro_iw01/255; Humidity:= 100*cybro_iw00/255; Pressure:= 100*cybro_iw02/255; Set_temp_Panelmeter:= 10*Voltage_Set_temp+180; Temp_Panelmeter:= 10*Temp; Humidity_Panelmeter:= 10*Humidity; Pressure_Panelmeter:= 10*Pressure; 45